163 MHz/786 fs高基础重复频率掺镱飞秒光纤激光振荡器

高重复频率光纤激光器因其光斑质量好、集成化程度高、光光转化率高等优势在光学频率梳、工业加工、超高速光学采样等领域有着举足轻重的作用。利用非线性偏振旋转（NPR）的锁模机理,设计并搭建了一款基础重复频率为163 MHz的“十字腔”型孤子锁模光纤飞秒激光器。该激光器锁模后在450 mW的泵浦功率下可以输出200 mW的最大功率,光谱半高宽为30 nm,输出脉宽为786 fs。通过进一步分析激光器泵浦功率与输出功率之间的关系,得到泵浦功率处于400～500 mW时,激光器处于最佳锁模状态,并且可以实现自启动锁模。所设计的激光器由于其更加紧密的光学频率梳齿、更好的成像质量和更快的成像速度,在精密光谱、天文探测等领域具有应用意义。     

掺铒单模光纤飞秒脉冲激光器和放大器

为了获得一种被动锁模掺铒光纤振荡器及功率放大器，数值模拟出超短脉冲在光纤中的传输和演化过程，并基于此搭建了一种被动锁模掺铒光纤飞秒振荡器及功率放大器。实验获得了中心波长1560 nm、重复频率100 MHz、输出功率30 mW、脉冲宽度85 fs超短脉冲。通过采用PPLN晶体进行倍频，进一步获得了输出功率5 mW，中心波长780 nm的飞秒脉冲。该光纤激光器为全保偏光纤结构，具有体积小巧、可靠性高、稳定性好的特点。     

可调谐锁模光纤激光器泵浦的超连续谱光源

为了实现平坦度更好、光谱覆盖可见光波段的超连续谱激光输出,研究了泵浦波长可调谐的全光纤结构超连续谱光纤激光器。设计搭建了一台非线性偏振旋转锁模脉冲光纤激光器,实现了9种中心波长的耗散孤子皮秒脉冲输出,波长调谐范围为1 041~1 076nm;以它作为种子源进行了两级功率放大,并泵浦10m长的光子晶体光纤,在泵浦激光功率为500mW时,得到9种输出光谱特性不同的超连续谱激光,得到当泵浦激光中心波长为1 050nm时,更利于实现光谱范围更宽、平坦度更好、可见光分量更多的超连续谱激光输出。为进一步拓宽超连续谱激光的光谱范围、提升光谱平坦度,将泵浦激光功率提升至1.45 W,最终实现了输出功率为600mW、短波边界为470nm、600~1 700nm内10dB光谱宽度为1 053nm的超连续谱激光输出。     

基于石墨烯可饱和吸收体的掺铒光纤环形腔脉冲激光器

利用新型材料石墨烯作为可饱和吸收体,设计了用于光纤通信和材料加工的环形腔结构脉冲光纤激光器,实验研究了石墨烯可饱和吸收产生脉冲输出的原理以及输出脉冲激光的特性.通过激光诱导沉积法将石墨烯材料转移到光纤端面并将其置于环形激光腔结构中;采用974 nm半导体激光器作为抽运源,掺铒光纤作为增益介质,调节偏振控制器的角度得到了稳定的锁模输出脉冲.获得的锁模脉冲中心波长为1 560.1 nm,重复频率为7.89 MHz,脉冲光谱3 dB带宽为0.27 nm,脉冲宽度为14.7 ps.实验显示,由于石墨烯具有良好的可饱和吸收性能,损伤阈值比较高,有望取代单壁碳纳米管成为一种新型的激光锁模材料.     

NALM锁模全保偏光纤掺铒光学频率梳

飞秒光学频率梳是当今激光技术领域的重要研究方向。实验基于非线性放大环形镜(NALM)锁模激光器实现了全保偏光纤结构的掺铒光学频率梳。在基于NALM锁模的光纤激光器内部加入非互惠相移器,降低了锁模阈值,实现了超短脉冲激光器的自启动。经过脉冲放大和压缩,脉冲的峰值功率可达61.3 kW。将此高功率超短脉冲注入55 cm的保偏高非线性光纤(PM-HNLF)中,激光器的输出光谱被拓展至一个倍频层(1 030～2 200 nm)。辅以f-2f自参考探测技术,成功探测到了信噪比高达40 dB、线宽为40 kHz的载波包络偏频信号(f_0)。此外,通过使用两套电路反馈系统,将f_0信号与激光器重复频率信号(f_r)的频率抖动量分别降低至521.71 mHz和240μHz,实现了相位稳定的掺铒光学频率梳。     

重复频率锁定的783 nm飞秒光纤激光器研制

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM),实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出,由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大,实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1560 nm脉冲输出;通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频,获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术,进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟,12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。     

被动锁模掺铒光纤激光器中的有理数谐波锁模现象的研究

在分析有理数谐波锁模的理论和非线性放大环镜（NALM）传输特性的基础上,对被动锁模掺铒光纤激光器进行了相关的研究。实验中除了观测到了稳定的谐波锁模脉冲外,还观察到了的有理数谐波锁模脉冲的产生现象,分析其脉冲重复频率也证实此类脉冲序列具有属于3阶、5阶和6阶有理数谐波锁模脉冲序列重复频率的一样的规律。     

基于FBG的波长可调谐环形掺铒光纤激光器

在介绍光纤光栅波长调谐原理的基础上,设计了一种环形腔掺铒光纤激光器。利用光纤光栅(FBG)作为波长调谐元件,在20~170 ℃的温度范围内,实现了输出激光波长在1 547.7~1 556.5 nm内的连续可调,调谐线性度达99.96%,激光光谱的3 dB带宽均小于0.05 nm,20 dB带宽均小于0.08 nm,边模抑制比大于52 dB,输出功率可达21.2 mW。结果表明:可调谐掺铒光纤激光器具有可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等优点。     

飞秒掺钛蓝宝石激光脉冲的产生与放大实验研究

采用３ｍｍ长的钛宝石短棒和改进的非对称Ｚ型折叠腔结构进行自锁模实验，采用石英棱镜对作为腔内色散补偿元件，在氩离子激光器输出５Ｗ泵浦下，实现低阈值泵浦自锁模运转。在腔内不加任何调制元件的情况下实现软光阑锁模，获得最短脉冲１５ｆｓ，光谱宽度８０ｎｍ，输出平均功率４００ｍＷ。同时以此钛宝石激光器作为振荡器采用１２ｍｍ长的钻宝石棒进行飞秒啁啾脉冲再生放大实验，获得重复率５ｋＨｚ，单脉冲能量１６６ｔｔＪ的结果，放大脉冲光谱宽度为２６ｎｍ。     

基于XeF(C-A)放大器的混合(固态/气态)超高功率飞秒激光系统

提出了基于前端发生器和终端放大器,使用光泵浦XeF(C-A)激活介质的太瓦级混合激光器(THIA00)系统.前端发生器由长532 nm的连续激光泵浦的钛宝石飞秒脉冲振荡器,脉冲展宽机构,532 nm的脉冲激光泵浦的再生多通道放大器,衍射光栅压缩器和二次谐波发生器(KDP)组成.其光束输出参数为:脉冲持续时间50 fs,...     

智能变电站中OTDR系统激光脉冲电路的设计及应用

针对智能变电站的光纤通信延时测量问题,对智能变电站中OTDR的工作原理和光源器件进行了研究,分析了激光脉冲频率和脉宽对系统性能的影响。根据激光二极管的发光机理与特点设计出了一套基于STM32控制单元的适合智能变电站中OTDR工作的激光驱动电路,重点分析了驱动电路中的调制电流,考虑了驱动电路对激光器的保护,并利用所设计的激光驱动电路搭建了简易OTDR观察光纤的损耗特性。研究结果表明,该电路可扩大激光脉冲频率和脉宽的调整范围,实现激光脉冲宽度最小可达300 ns,脉冲频率最大为50 KHz,激光发射功率为3 MW;通过实验,验证了光在光纤中的衰减特性,证实了该电路能满足实际智能变电站中OTDR工作所需,具有一定的参考价值。     

基于Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体的被动调Q激光器

为了研究键合晶体在被动调Q激光器上的应用优势,采用Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器,获得了高效的1 030nm和515nm脉冲激光。实验研究了泵浦功率和初始透过率T0对各项激光性能的影响,结果在T0=95%时得到了平均功率为1.97 W的1 030nm激光,对应33%的斜效率,而当T0=85%时输出的1 030nm脉冲峰值功率高达87kW,脉冲宽度低至3.14ns。另外在与LBO的倍频实验中,用T0=90%的键合晶体获得了较高的绿光输出功率634mW,对应11.2%的斜效率和15ns的脉冲宽度。最后还研究了光谱的红移和输出镜的漏光现象,找出进一步提高绿光功率的方法。     

全固态单纵模593.5 nm和频激光器

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出。采用单块Nd:YVO₄晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡。放入I类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%。在腔内加入400 μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出。实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法。     

Green and ultraviolet pulse generation with a compact, fiber laser, chirped-pulse amplification system for aerosol fluorescence measurements

We use a compact chirped-pulse amplified system to harmonically generate ultrashort pulses for aerosol fluorescence measurements. The seed laser is a compact, all-normal dispersion, mode-locked Yb-doped fiber laser with a 1050 nm center wavelength operating at 41 MHz. Average powers of more than 1.2 W at 525 nm and 350 mW at 262 nm are generated with <500?fs pulse durations. The pulses are time-stretched with high-dispersion fiber, amplified by a high-power, large-mode-area fiber amplifier, and recompressed using a chirped volume holographic Bragg grating. The resulting high-peak-power pulses allow for highly efficient harmonic generation. We also demonstrate for the first time to our knowledge, the use of a mode-locked ultraviolet source to excite individual biological particles and other calibration particles in an inlet air flow as they pass through an optical chamber. The repetition rate is ideal for biofluorescence measurements as it allows faster sampling rates as well as the higher peak powers as compared to previously demonstrated Q-switched systems while maintaining a pulse period that is longer than the typical fluorescence lifetimes. Thus, the fluorescence excitation can be considered to be quasicontinuous and requires no external synchronization and triggering.     

Picosecond pulsed two-photon imaging with repetition rates of 200 and 400 MHz

We show the viability of high-resolution two-photon fluorescence imaging of fixed and live cells by exciting the fluorophores with a train of near-infrared pulses with duration in the picosecond range. This is exemplified with a compact, diode-pumped Nd:YVO₄ laser, emitting trains of 7-ps pulses at a wavelength of 1064 nm, with a repetition rate of 200 MHz at two separate outputs. Incoherent combination of the outputs enabled two-photon excitation with a repetition rate of 400 MHz. For a numerical aperture of 1.4 (oil), we used an average illumination power of up to 20–40 mW at the sample. The pulses were coupled into a beam scanning microscope, either directly or through a single mode glass fibre. Compared with standard femtosecond titanium–sapphire excitation conditions, our experiments were performed with a 2.5 or 5 times higher repetition rate, 30–70 times longer pulses and 10–35 times lower pulse peak intensity. The experiments indicate the possibility of significantly relaxing the temporal pulse width constraints for a series of applications.     

Wavelength switchable and stable single-longitudinal-mode erbium-doped fiber laser based on Mach–Zehnder interferometer and tunable filter

An erbium-doped fiber laser with all-fiber Mach–Zehnder interferometer (MZI) and tunable filter was proposed and experimentally demonstrated. In the designed fiber laser, 6?m C-band erbium-doped fiber was selected as a gain medium; the MZI comprised two waist-enlarged fiber bitapers. In the experiment, the laser threshold was 93?mW, whereas a switchable single-longitudinal-mode laser was realized within 1519.7–1564.6?nm by adjusting the tunable filter and the line interval was less than 2.5?nm; for single-wavelength laser, the peak power difference of each line was less than 4?dB, and the power fluctuation was less than 0.77?dB within 10-min scan time. A stable and switchable dual-wavelength laser was realized, the wavelength spacing of each dual-wavelength laser was less than 0.7?nm, the side-mode suppression ratio was more than 30.2?dB, and the power shift was less than 0.39?dB. The laser’s 3-dB linewidth was less than 0.1?nm.     

全固态复合内腔和频570nm连续波黄光激光器

研制了全固态连续波570nm黄光激光器,黄激光分别由两片Nd:YAG的1444nm和946nm谱线非线性和频产生,两条谱线分别对应各自的晶体能级跃迁4F3/2-4I15/2和4F3/2-4I9/2。实验采用复合腔结构,利用KTP晶体II类临界相位进行内腔和频。测量了570nm黄激光输出功率随泵浦功率的变化,结果表明,当注入到两片Nd:YAG晶体的泵浦功率分别为24W和15W时,获得了560mW的连续波570nm黄激光输出,其4h功率稳定度优于±2.8%。在输出功率为560mW时,采用光束质量分析仪测量了激光输出光斑质量,结果显示,在570nm最大和频激光输出时的光束质量因子M2为2.3。所提出的复合内腔和频技术可为新波长激光器的发展提供参考。